勤上光电基于ZigBee+GPRS的LED路灯远程无线监控系统

关键词：ZigBee技术；GPRS技术；节能；无线监控系统


引言

 使电力耗费成为负担。在大部分城市，零点以后道路上几乎空无一人，在低交通流量的道路上仍然保持较高亮度显然是没有必要的；对路灯的亮度进行调节尤为重要，对减少用电量是十分必要的。

    因此，“基于ZigBee+GPRS的LED路灯远程无线监控系统”就是在这样的背景下产生的，它具有自动化程序高、运行可靠、高效节能、便于控制、准确定位、维护方便等显著特点；节能系统和自动化监控系统的启用为城市的照明建设和管理构筑起一个新的平台。本文将重点针对“基于ZigBee+GPRS的LED路灯远程无线监控系统”的通信方式选取实现、系统简介、运行实效分析等进行详细说明。以填补国内在LED节能环保、路灯现场控制和通信定位等方面的空白。


1 通信方式选取实现

 在远程监控系统中主要采用GSM短消息通讯、GPRS分组无线业务等无线通讯方式，下面就分别简单介绍一下各自的优缺点。

a) 利用短消息技术来传输数据具有传输快捷、出错率低、价格低廉等优点。但同时它也有不足之处，它的传输存在不同程度的延迟，特别是节假日等短信高峰时期，而且在频繁传输大量数据的情况下，它的价格优势就不复存在了。

b) GPRS是通用分组无线业务的英文简称，GPRS适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。但是，GPRS模块的价格较高，如果在每盏路灯上都绑定一个GPRS模块，势必会增加大量成本。同时，每个GPRS模块连接到移动GPRS网络都需要至少数十秒时间，对监控数据的及时性产生了很大影响。

c) ZigBee是较近几年发展起来的一种低功耗的近距离无线组网通信技术。它采用小范围自组网的方式，不受其他网络的限制，并且使用的ISM（工业、医疗、科学）频带，不需许可即可使用。ZigBee技术采用DSSS扩频技术，抗干扰能力强。

综合以上ZigBee和GPRS技术的特点，这两种技术的结合正适合于新式路灯监控系统的实际应用。


2 系统简介

 该系统主要由无线终端、现场控制器和监控中心软件构成。

a) 系统方案图

b) 无线终端

无线终端由ZigBee模块、天线和控制电路等组成。它是路灯监控系统中控制功能的执行部分，同时也完成了检测功能中信号采集等工作。通过ZigBee模块自身组建的网络，无线终端可以接受现场控制器发出的命令以及与现场控制器进行数据交换。

c) 现场控制器

现场控制器由ARM单片机、ZigBee模块、GPRS模块、天线、键盘和LCD显示屏等组成，它基于uc/osII操作系统，运行起来稳定、可靠。

其中，ZigBee模块负责与该路段中所有路灯上的无线终端进行信息传递，将接收到的数据转发给ARM的单片机进行处理，或者将来自ARM单片机的数据无线发送给其他所有的无线终端或某个无线终端，这样就实现了对路灯的检测和控制。ARM的单片机会对这些检测和控制数据处理并通过LCD屏显示出来，起到了人机交互的作用。GPRS模块负责现场控制器与监控中心之间的数据传输。

现场控制器可以根据预先设定的时间周期将接收自无线终端的各种状态及检测数据主动上报给监控中心。当现场控制器检测到某盏路灯有突发故障（如供停电、电流值不正常等）出现时同样以主动上报方式将故障信息上报给监控中心。

d) 监控中心软件

①监控中心通过GPRS公网连接到分部在各条道路的现场控制器，对现场控制器发送检测和控制命令，也能对现场控制器上报的数据进行分析、分类、整理并报出相应信息。

②监控中心软件可以根据经纬度计算出某地每一天的日出日落时间，根据这些时间设定现场控制器在不同时段对路灯实施自动开关和亮度调节。

③监控中心软件采用数据库相关技术，保存有每一盏安装了此系统的路灯的完整信息，任何时候都可以对这些信息进行统计和分析。

④监控中心软件具有生成曲线报表功能，对每一盏路灯的温度、电流等信息在某一个特定的时间范围内进行统计。

⑤监控中心软件可以实施主动报警，一旦某盏路灯出现故障，即使在工作人员没有注意的情况下，它也能主动对数据进行分析并提醒管理监控中心软件的路灯管理人员。


3 运行实效分析

a)系统运行以来，我们对LED路灯未安装系统和已安装系统的用电量进行了对比分析，下面以某城区主干道的1000盏LED路灯为例：

注：①已安装系统的时间为12小时，分别是：18:00 – 24:00期间路灯亮度为100%，24:00 – 03:00期间路灯亮度为30%，03:00 – 06:00期间。路灯亮度为50%；

      ②电费以1.2元/度计算；

      ③人员费用为每人2000/月，共2人；

      ④巡查车油费、折旧费：800元/月；

b)综上所述，未安装系统每年的费用为1,336,320元，已安装系统每年的费用为834,480元，节省1,336,320 – 834,480 = 501,840元，而系统中平均每盏路灯需要增加的成本仅为100～200元。如果1000盏LED路灯都安装了此系统，每年在道路方面的投入将节省50万元。

4 结论

该“基于ZigBee+GPRS的LED路灯远程无线监控系统“使用费用低、实用性强、运行可靠、便于控制和易于安装维护等优点，能够解决道路照明能耗高及难以维护和管理的问题，在节能和路灯管理自动化方面起到了十分明显效果。

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